본 연구는 국가과학기술위원회('09.1.13)에서 확정된 「국제과학비즈니스벨트 종합계획(안)」 에 포함된 중이온가속기의 구축을 위한 기본계획 수립을 위해 수행되었다. 희귀동위원소 가속용 중이온가속기는 전세계의 선진국들이 현재 건설 또는 계획 중인 첨단 연구 시설이다. 중이온가속기는 “Koreanium"과 같은 새로운 원소 및 다양한 동위원소를 발견할 수 있는 기초과학 연구장치이면서, 물질의 성질을 새롭게 연구할 수 있어 신소재 및 신물질 개발과 바이오·의학 연구를 통 해 첨단원천기술을 개발하고 삶의 질을 높일 수 있는 시설이다. 또
본 연구는 국가과학기술위원회('09.1.13)에서 확정된 「국제과학비즈니스벨트 종합계획(안)」 에 포함된 중이온가속기의 구축을 위한 기본계획 수립을 위해 수행되었다. 희귀동위원소 가속용 중이온가속기는 전세계의 선진국들이 현재 건설 또는 계획 중인 첨단 연구 시설이다. 중이온가속기는 “Koreanium"과 같은 새로운 원소 및 다양한 동위원소를 발견할 수 있는 기초과학 연구장치이면서, 물질의 성질을 새롭게 연구할 수 있어 신소재 및 신물질 개발과 바이오·의학 연구를 통 해 첨단원천기술을 개발하고 삶의 질을 높일 수 있는 시설이다. 또한 핵폐기물 처리, 핵자료 연구 및 그린에너지 연구를 통해 국가의 지속 성장 기초를 닦을 것이다. 국내 최초로 건설 계획되는 초전도 중이온가속기는 기초과학 선진화와 원천기술 창출을 위한 핵심 시설일 뿐 아니라, 초전도, 고주파, 진공, 저온, 재료, 가공 등 관련 첨단 기술 확보를 통해 국내 산업 기술 수준을 한 단계 도약하게 하는 기술집약적 시설이기도 하다.
본 연구의 목적은 세계 최고수준의 기초과학 연구 및 원천기술 확보를 위한 핵심연구시설로서의 중이온가속기 구축·운영 및 활용계획을 수립하는 것이다. 주요 연구 내용은 중이온가속기 구축 필요성, 기대효과 및 목표 정립, 중이온가속기 구축 및 활용 추진체계와 전략, 중이온가속기 활용분야 및 핵심 사양 제시, 중이온가속기 구축 로드맵 및 분야별 추진계획 수립, 중이온가속기 입지, 소요 예산 및 인력 산정 등이다.
우선 해외에서 건설 또는 계획 중인 일본의 RIBF, 캐나다의 ISAC, 프랑스의 SPIRAL2, 독일의 FAIR, 미국의 FRIB, EU의 EURISOL 등의 희귀동위원소 발생용 가속기 현황 · 동향 분석을 통해 국내에 구축하고자 하는 중이온가속기(Korea Rare Isotope Accelerator: KORIA)의 차별성을 확보하였다. 그 차별성을 기반으로 세계최고의 사양을 갖는 중이온가속기의 활용 연구 영역을 도출하였고, 효과적인 활용연구를 위한 인력 확보방안, 이용자협의회 구성방안, 국내·외 협력방안을 수립하였다.
그럼에 있어서, 국내 관심 있는 모든 과학자들의 의견을 수렴하고자 설문을 통해 중이온빔 활용에 대한 연구의향서 (Letters of Intent)를 받았고, 이를 분석하여 활용 연구목표를 수립하였다. 국내·외 중이온가속기 현황 · 동향 분석과 국내 중이온가속기 이용자들로부터 받은 연구의향서를 '활용위원회'가 면밀히 분석 · 도출하여 빔 사양을 결정하였다. '활용위원회'가 요구한 빔 사양에 대해 가속기 전문가로 구성된 '구축위원회'에서 논의한 후 국제 가속기 전문가의 자문을 거쳐 중이온가속기 "KORIA"의 핵심사양을 다음과 같이 결정하였다. KoRIA는 ISOL과 In-flight fragmentation 방식 두 가지를 모두 이용하여 희귀동위원소를 가속함으로써 세계 유일의 독창성을 갖는다. ISOL의 경우, 높은 전류의 양성자를 가속할 수 있는 싸이크로트론을 설치하여 현존하는 전세계의 어떤 ISOL 장치보다도 높은 수준의 ISOL 장치를 설치할 수 있도록 한다. 한편, 양성자부터 우라늄까지 모든 이온을 가속할 수 있는 중이온 초전도 가속기를 설치하여 빔에너지가 (우라늄 기준) 최소 200MeV/u이고, 빔 전류는 최소 2pμA, 최대 8pμA가 가능하도록 설계함으로써 세계 최고 In-flight fragmentation 시설이 되도록 한다. 이처럼 수립된 활용 연구 목표 및 구축 사양을 기반으로 중이온가속기 개념도를 도식화하였고, 그에 따라 중이온가속기 구축 로드맵과 단계별 목표를 수립하여 2010년에 설계가 시작되어 2016년 제작 및 설치를 완료하고 시운전에 들어가도록 계획하였다. 개념도 작성에 따라 가속기의 주요 부분에 대한 사양을 결정하였다.
한편, 중이온 가속기 구축에 필요한 핵심기술 확보를 위한 인력 양성 방안 및 국내·외 협력방안을 수립하였다. 아울러, 국내·외 중이온가속기 사례 분석을 통해 중이온가속기 입지 조건과 입지 규모, 구축을 위한 소요 인력과 예산계획을 수립하였다. 중이온가속기와 활용을 위한 직접 관련 시설에 필요한 입지 면적은 CERN, RIKEN, GSI, TRIUMF, MSU 등 해외 중이온가속기 연구소 입지 현황과 국내 포항방사광가속기, 양성자가속기 입지 면적 분석을 통해 결정하였으며, 그 결과 소요 면적은 최소 약 1,080,000m² (1200m x 900m)이다. 추후 확장 가능성을 고려하지 않으면 미래 성장 가능성을 잃어버려 세계 최고의 성능을 유지할 수 없게 되는 가속기의 특성상, 배후 지역이 추후 확장 가능한 지역으로 입지가 선택되어야 한다. 추후에 배후 확장 가능한 지역을 포함한다면, 약 3,000,000m² (2km x 1.5km)의 면적을 확보할 수 있는 지역이 적절해 보인다. 중이온가속기 구축에 필요한 가속기 및 활용시설 구축에 필요한 예산은 물가자료, 물가인상률 분석, 국내 제조업체 기술 및 능력 분석을 통해 결정한 것으로, 장치 관련 소요예산은 4735억원으로 추정되고, 그 밖에 인건비, 건물비를 포함한 총 소요예산은 6900억원으로 추정된다.
일본 RIKEN, 독일 GSI, 미국 TJLAB, 미국 FRIB 등의 해외 핵과학 가속기 연구소 조직 및 운영체계 분석을 기반으로 하여 가속기 구축 단계와 구축 완료 후로 나누어 중이온가속기 운영·유지 목표, 운영 체계 및 조직, 연차별 활용·유지 방안을 수립하였다.
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